樂昌峽水利樞紐巖壁吊車梁開挖質量控制措施

吳柏春,劉小偉,饒兵成

(1.上海東華工程咨詢有限公司，上海 200434；2.廣州市水務科學研究所，廣東 廣州 510220)

1 工程概況

樂昌峽樞紐地下廠房開挖尺寸為123.98m×19.0m×52.12m，分6層開挖，吊車梁位于第Ⅱ層。廠房內安裝1臺2×150t橋式吊車。吊車梁采用巖錨梁結構，巖錨梁頂寬185cm，高245cm，跨度17.0m，斜面座角為25°，梁長為2×93.760m。地下廠房大部分為Ⅱ、Ⅲ類圍巖，局部存在Ⅳ類圍巖，圍巖為灰黑色微風化厚層-巨厚層石英砂巖，夾少量薄層狀板巖，兩個斷層f107和f108分別在主機間和安裝間出露，寬度分別為30～40cm和80～150cm，斷層與廠房邊墻(軸線)交角較大，傾角陡，圍巖為Ⅲ類。

地下廠房主要布置有主機間、安裝間(副廠房)、主變室、高壓電纜洞豎井和平洞、排風出渣洞、交通洞、排風豎井、排水廊道以及地面出線場等組成。廠房(包括主副廠房及安裝間)開挖分6層。為使施工設備發揮最佳效率，按每層適宜臺階高度5～10m劃分。第Ⅰ、Ⅱ層開挖利用排風洞出渣，第Ⅰ層頂拱層，開挖高度8.5m；第Ⅱ層巖壁吊車梁層，開挖至巖壁吊車梁以下約2m，開挖高度8.75m；第Ⅲ層操作層，第Ⅳ層發電機層，第Ⅲ、Ⅳ層開挖利用交通洞出渣；第Ⅴ層為水輪機渦殼層，第Ⅵ層為尾水管層，第Ⅴ、Ⅵ層開挖利用尾水洞出渣。采用由上至下逐層開挖、逐層支護的施工方法。

巖壁吊車梁施工特點：采取保護層開挖措施，嚴格控制超欠挖，不允許欠挖，超挖控制在20cm內，尤其是控制斜面傾角偏差，確保巖壁開挖成型和減少圍巖松動，混凝土澆筑完成后繼續爆破，爆破震動速度控制在設計值；嚴格控制錨桿鉆孔和砂漿注漿密實。巖壁吊車梁是地下廠房施工中的重點和難點，為確保質量、加快進度，參建各方對此進行了深入研究，制定了詳細可靠的巖錨梁施工技術。

2 巖壁吊車梁保護層開挖質量控制

為確保巖壁吊車梁和巖臺開挖成型質量，施工單位在對巖壁吊車梁開挖前進行了鉆爆參數試驗，防止巖面裂縫的產生，尤其是下拐點巖面；得到爆破參數為：孔距30cm，垂直孔線裝藥密度100g/m、斜孔線裝藥密度150g/m，均每孔裝藥；斜孔開孔位置低于設計開挖線5cm；遇地質較差部位，適當調整孔距和裝藥量。

在地下廠房第Ⅱ層中部槽挖前，對地下廠房第Ⅱ層距左右邊墻各3.5m處進行預裂。巖壁吊車梁保護層分4個區開挖。如圖1所示。

圖1 巖壁吊車梁開挖方法示意圖

第一部分(Ⅱ2-1區)為巖壁吊車梁上層保護層采用光面爆破方法開挖。周邊孔間距30～40cm，鉆孔深度3m，周邊孔線裝藥密度為80～100g/m，堵塞長度50cm；輔助孔孔距60～80cm，孔深3m，最小抵抗線80～100cm，藥卷直徑為16mm，間隔裝藥，線裝藥密度為100～150g/m，堵塞長度50cm；線裝藥密度采用將Φ32乳化炸藥沿藥卷長度方向分為兩半進行間隔裝藥。

第二部分(Ⅱ2-2區)巖壁吊車梁上層開挖時，應同時完成巖臺上直墻周邊光爆孔與輔助孔的造孔，并采用40PVC塑料管進行封孔。

第三部分(Ⅱ2-3區)為巖壁吊車梁巖臺下直墻保護層開挖，采用手風鉆造孔，周邊孔間距30～40cm，鉆孔3m，藥卷直徑為16mm，線裝藥密度控制為80～100g/m；輔助孔孔距60～80cm，孔深3m，最小抵抗線80～100cm，藥卷直徑為16mm，線裝藥密度控制為100～150g/m。

第四部分(Ⅱ2-4區)巖臺開挖，采用雙光面爆破法，上直墻周邊光爆孔與輔助孔的造孔超前與Ⅱ2-2區開挖同時造孔，斜面周邊光爆孔采用手風鉆沿巖臺斜面的設計開挖線，由下向上造孔。上直墻豎向光爆孔，孔徑Φ42，孔深200cm左右(根據測量實測高程每個孔實施精確放線)，孔距30cm，藥卷直徑為16mm，線裝藥密度為100g/m，堵塞長度50cm；斜面光爆孔孔徑Φ42，孔距30cm，孔深165cm，藥卷直徑為16mm，線裝藥密度為150g/m，堵塞長度40cm。

斜面周邊光爆孔根據下拐點以下直墻開挖超欠挖情況，推算出實際各斜孔的開口位置、孔深，然后按照巖臺斜度，設置放線樣架并有效固定，用三角尺對每孔的斜度進行放樣，確定每孔需鉆進的深度，確保各孔底在同一高程、同一鉛直面，巖臺斜孔與上直墻預留孔同時爆破，上直墻及巖臺斜面開挖均采用光面爆破，以保證開挖成型質量，如圖2所示。

圖2 巖壁吊車梁鉆孔樣架示意圖

據開挖斷面測量統計，Ⅱ、Ⅲ類圍巖段巖壁斜面角度偏差小于3°，滿足設計要求。巖壁直立面超挖均控制在20cm以內，巖壁上殘孔率高達90.0%，無明顯可見的爆破裂隙。

3 巖壁吊車梁錨桿的施工

巖壁吊車梁是在組合錨桿和鋼筋混凝土梁共同作用在斜面巖壁上，巖壁吊車梁錨桿設計為全長粘結型錨桿，在吊車梁內設二排受拉錨桿與一排受壓錨桿，上排受拉區鋼筋參數為：Φ36Ⅱ級鋼筋@70cm、入巖7.5m、L=9.43m、向上傾角25°；下排受拉區錨桿參數：Φ36Ⅱ級鋼筋@77cm、入巖7.5m、L=9.36m、向上傾角20°；受壓區錨桿參數：Φ32Ⅱ級鋼筋@70cm、入巖5.0m、L=6.45m、垂直巖臺入巖。錨桿的規格及其布置，如圖3所示。設計要求各錨桿孔位偏差不得大于±3cm、孔深偏差不大于5cm、傾角偏差不得大于±2°，不允許出現兩桿相交的現象。錨桿施工要在本層開挖支護完成及下層周邊預裂爆破完成后進行。

圖3 巖壁吊車梁錨桿示意圖

錨桿鉆孔采用三臂鉆進行，孔徑65mm。錨桿角度利用直角三角板控制，三角板銳角為錨桿的俯角或仰角(分別為25°、20°、25.71°)；在三角板的直角邊安放一水平尺，三角板的斜邊靠在鉆臂上，調整鉆臂角度直至水平尺氣泡居中，此時鉆桿角度即為錨桿設計角度。開鉆前，施工人員按錨桿的設計角度調整鉆機鉆桿，按放樣好的孔位開孔，開鉆5～10cm后利用加工好的特定直角三角板復核、調整鉆孔方向，鉆進40～50cm以后，再次復測、調整鉆孔方向。為保證鉆孔角度準確，在0～50cm采取輕沖擊慢速鉆進、50cm以后可開始全速鉆進。錨桿孔深通過在鉆桿上做標記，以確保孔深滿足設計和規范要求。

錨桿施工前，應對錨桿注漿工藝進行試驗。對比試驗表明，在“先插桿后注漿”工藝中，砂漿密實度較差；“先注漿后插桿”工藝砂漿密實度較好。因此采用“先注漿后插桿”工藝。注漿管先插入孔底后送漿，在注漿管推力作用下慢慢抽管，在抽管過程中，還要多次將注漿管回送，以使注漿飽滿。當注漿到達孔口時，特別注意孔口注漿密實，不留空孔。注完漿后，將錨桿立即插入孔中。當桿體深度達到設計錨固長度時(以桿體上標記為準)，再在孔口填滿砂漿，用水泥紙臨時封堵孔口，待砂漿初凝后去除水泥紙。按照這樣施工程序和技術措施進行錨桿注漿質量控制，錨桿質量能夠得到保證，桿體位于錨桿孔中央，四周均被砂漿包裹，注漿飽滿度達到90%以上。錨桿安插7d后，由第三方檢測單位進行100%無損檢測，砂漿飽滿度及錨桿長度均滿足設計要求。

4 巖壁吊車梁混凝土保護措施

為確保吊車梁混凝土的安全，需要對已澆筑完成的巖壁吊車梁混凝土進行保護。主要采取以下保護措施。

(1)在主廠房第Ⅲ層開挖時，不拆除吊車梁混凝土底部模板，混凝土側面用毛竹片保護，頂部用鋪柴木對吊車梁混凝土進行保護。

(2)在巖壁吊車梁混凝土澆筑前，先對主廠房第Ⅲ層距離邊墻3.5m處進行預裂爆破，減輕第Ⅲ層開挖爆破時對巖壁吊車梁混凝土的影響。

(3)巖壁吊車梁混凝土達到28d強度后，才能進行第Ⅲ層開挖爆破，而且巖壁吊車梁混凝土位置的爆破振動速度不能超過設計允許值，為此，根據巖壁吊車梁混凝土位置允許爆破振動速度通過試驗確定下層爆破最大允許單響藥量，爆破試驗是在巖壁吊車梁混凝土澆筑前進行的，在第Ⅲ層進行爆破試驗，把測試爆破振動質點振速的傳感器放在巖壁吊車梁混凝土位置，通過距爆源的距離、爆破單響藥量和測出的振動速度進行回歸計算，求得爆破振動質點振速公式系數K、α。爆破振動質點振速公式：

(1)

式中，V—質點振動速度,cm/s；Q—藥量,kg；需要對最大單響藥量Q進行爆破振動測試，R—爆源至測點距離,m；K、α—系數。

在巖壁吊車梁開挖完成后，開始進行爆破質點振動試驗，試驗由第三方檢測進行，通過試驗確定K=141.018，α=2.096，相關系數為0.94。按設計要求混凝土28d齡期最大振速小于7cm2/s，R=10m(中間位置)，確定最大單響裝藥量為14.36kg。

5 結語

樂昌峽地下廠房巖壁吊車梁開挖，通過爆破試驗確定巖壁梁保護層、斜面巖臺等開挖方法和爆破藥量等，以保證巖壁梁開挖進度和質量。斜面巖臺采用雙光面爆破法在座角頂點成型方面和角度控制方面取得較為理想的效果。錨桿安裝采用多臂鉆施工，錨桿砂漿檢測采用無損檢測，確保了錨桿施工質量。

地下廠房第Ⅱ層和第Ⅲ層的預裂爆破質量也是保證巖壁吊車梁施工質量的關鍵之一，第Ⅱ層的預裂爆破質量關系到巖壁吊車梁的開挖質量；第Ⅲ層的預裂爆破質量關系到巖壁吊車梁混凝土的安全。

在巖壁吊車梁開挖完成后，通過在巖壁吊車梁上進行爆破質點振動試驗，根據設計要求的混凝土最大允許振速，確定下層開挖最大單響藥量，從而保證了巖壁吊車梁混凝土施工期間安全。